Hình 3.11 biểu diễn tín hiệu tại lối ra của cảm biến thu được khi các bong bóng khí cóđường kính 80 μm đi qua khu vực cảm biến của trong kênh với dung môi là nước. Khu vực số 1 cho biết trạng thái ban đầu khi nước đổ ngập vi kênh, tín hiệu
đầu ra khoảng 0,17 V. Trong khu vực số 2, bảy đỉnh sóng được ghi tương ứng với bảy bong bóng khí qua vùng cảm ứng. Tín hiệu được xác nhận thông qua dữ liệu hình ảnh video ghi lại sử dụng camera tốc độ cao và kính hiển vi. Khu vực số 3 trình bày trạng thái trong đó một bong bóng khí dừng trên một cặp điện cực. Trong trường hợp đó, điện áp đầu ra giữ không đổi ở khoảng 0,21 V. Điện áp đỉnh của sóng tín hiệu khi có bong bóng khí đi qua là xấp xỉ 18.4 – 18.7V, nhỏ hơn điện áp lối ra khi bóng khí nằm trên điện cực. Điều này là do tốc độ di chuyển của bong bóng khí khi qua vùng cảm biến. Tốc độ di chuyển nhanh dẫn đến lối ra chưa thể tăng đến giá trị bão hòa.
Tốc độ di chuyển của vật trong kênh lỏng có thể được tính toán từ đường cong đầu ra. Bằng cách tính thời gian giữa các đỉnh cực dương và âm của một dạng sóng. Với kết quả thu được trong Hình 3.11, tốc độ di chuyển của bọt khí được tính là khoảng 1,6 cm/s. Các kết quả được xác nhận bởi máy quay video ghi hình tốc độ cao.
Hoạt động của cấu trúc CD-C4D đã được xác nhận. Với độ nhạy thực tế kiểm nghiệm xác định được, cấu trúc cảm biến được đề xuất có thể được áp dụng để phát triển nền tảng cảm biến vi lỏng cho các ứng dụng phát hiện tế bào ung thư hiếm.
41
Hình 3.11: Kết quả đo thực nghiệm thể hiện điện áp lối ra thay đổi khi có đối tượng là bọt khí đi qua vùng cảm biến.
42
Luận văn trình bày thiết kế và chế tạo một hệ thống cảm biến vi hạt trong dòng chảy chất lỏng dựa trên cấu trúc cặp điện dung vi sai đồng phẳng phát hiện dẫn không tiếp xúc. Một nền tảng vi lỏng tích hợp cảm biến đã được đề xuất và mô phỏng. Cấu trúc cảm biến CD-C4D được đề xuất bao gồm bốn vi điện cực hình vuông đồng phẳng được nhúng trong một kênh vi lỏng. Các điện cực được cách điện từ điện phân bằng một lớp bảo vệ bằng SiO2. Các điện dung thay đổi do sự xuất hiện của một đối tượng trong khu vực làm việc của cảm biến đã được phân tích và mô phỏng. Một nguyên mẫu cảm biến đã được chế tạo và hoạt động của nó được khảo sát. Kết quả cho thấy nền tảng được đề xuất tương thích với việc phát hiện các vật thể vi mô bất kể đặc tính dẫn điện (ví dụ, thiếc) hoặc không dẫn điện của chúng (ví dụ: không khí, SiO2). Hơn nữa, tốc độ di chuyển của vật trong kênh dẫn lỏng được đo bằng cảm biến đề xuất. Các thảo luận trong nghiên cứu này có thể được khái quát hóa cho các ứng dụng phát hiện tế bào sống trong tương lai.
43
1. Ha Tran Thi Thuy, Loc Do Quang, Van Thanh Dau, Ngan Nguyen Thi Kim, Chieu Le Van, Masahiro Aoyagi, Katsuya Kikuchi, and Tung Thanh Bui “Coplanar differential capacitively coupled contactless conductivity detection (CD-C4D) sensor for micro object inside fluidic flow recognization,” in 2017 19th International Conference on Solid- State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS), 2017, pp. 1124–1127.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
44
[1] Y.-C. Tai, “Introduction to MEMS,” in Microsystems and Nanotechnology,
Springer, Berlin, Heidelberg, 2012, pp. 187–206.
[2] “MEMS devices for biomedical applications | Solid State Technology.” .
[3] Michael Kraft and Neil M. White, Mems for Automotive and Aerospace Applications. Elsevier, 2013.
[4] Stephen Beeby, MEMS Mechanical Sensors. Artech House, 2004.
[5] N. A. Bakhtina, N. MacKinnon, and J. G. Korvink, “Advanced Microfluidic Assays for Caenorhabditis elegans,” 2016.
[6] O. Fuchiwaki, A. Ito, D. Misaki, and H. Aoyama, “Multi-axial micromanipulation organized by versatile micro robots and micro tweezers,” in 2008 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2008, pp. 893–898.
[7] E. Palecek and M. Fojta, “Magnetic beads as versatile tools for electrochemical DNA and protein biosensing,” Talanta, vol. 74, no. 3, pp. 276–290, Dec. 2007.
[8] M. Dienerowitz, M. Mazilu, and K. Dholakia, “Optical manipulation of nanoparticles: a review,” J. Nanophotonics, vol. 2, no. 1, p. 021875, Sep. 2008.
[9] Y. Huang et al., “Electric Manipulation of Bioparticles and Macromolecules on Microfabricated Electrodes,” Anal. Chem., vol. 73, no. 7, pp. 1549–1559, Apr. 2001. [10] H.-S. Moon, Y.-W. Nam, J. C. Park, and H.-I. Jung, “Dielectrophoretic separation of airborne microbes and dust particles using a microfluidic channel for
45
real-time bioaerosol monitoring,” Environ. Sci. Technol., vol. 43, no. 15, pp. 5857–
5863, Aug. 2009.
[11] “QWERTY’s Retreat a Boon to Touchscreen-Controller Vendors |
Electronics360.” [Online]. Available:
http://electronics360.globalspec.com/article/4461/qwerty-s-retreat-a-boon-to- touchscreen-controller-vendors. [Accessed: 09-Nov-2017].
[12] P. Kubán and P. C. Hauser, “Fundamental aspects of contactless conductivity detection for capillary electrophoresis. Part I: Frequency behavior and cell geometry,”
Electrophoresis, vol. 25, no. 20, pp. 3387–3397, Oct. 2004.
[13] F. Opekar, P. Tůma, and K. Štulík, “Contactless Impedance Sensors and Their Application to Flow Measurements,” Sensors, vol. 13, no. 3, pp. 2786–2801, Feb.
2013.
[14] B. Gas, J. Zuska, P. Coufal, and T. van de Goor, “Optimization of the high- frequency contactless conductivity detector for capillary electrophoresis,”
Electrophoresis, vol. 23, no. 20, pp. 3520–3527, Oct. 2002.
[15] P. Kubáň and P. C. Hauser, “Fundamental aspects of contactless conductivity detection for capillary electrophoresis. Part II: Signal-to-noise ratio and stray capacitance,” ELECTROPHORESIS, vol. 25, no. 20, pp. 3398–3405, Oct. 2004.
[16] P. Kubáň and P. C. Hauser, “A review of the recent achievements in capacitively coupled contactless conductivity detection,” Anal. Chim. Acta, vol. 607, no. 1, pp. 15–29, Jan. 2008.
[17] J. G. A. Brito-Neto, J. A. Fracassi da Silva, L. Blanes, and C. L. do Lago, “Understanding Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection in Capillary and Microchip Electrophoresis. Part 1. Fundamentals,” Electroanalysis, vol. 17, no. 13, pp. 1198–1206, Jul. 2005.
[18] R. M. Guijt et al., “Capillary electrophoresis with on-chip four-electrode
capacitively coupled conductivity detection for application in bioanalysis,”
46
[19] N. D. Hai, V. Q. Tuan, D. Q. Loc, N. H. Hai, and C. D. Trinh, “Differential C4D sensor for conductive and non-conductive fluidic channel,” Microsyst. Technol., pp. 1–10, Jun. 2015.
[20] S. B. Nimse, M. D. Sonawane, K.-S. Song, and T. Kim, “Biomarker detection technologies and future directions,” Analyst, vol. 141, 2016.
[21] M. T. Glynn, D. J. Kinahan, and J. Ducrée, “CD4 counting technologies for HIV therapy monitoring in resource-poor settings--state-of-the-art and emerging microtechnologies.,” Lab. Chip, vol. 13, no. 14, pp. 2731–48, 2013.
[22] M. A. Lifson et al., “Advances in biosensing strategies for HIV-1 detection,
diagnosis, and therapeutic monitoring,” Adv. Drug Deliv. Rev., vol. 103, pp. 90–104, 2016.
[23] A. Khademhosseini, “Nano/microfluidics for diagnosis of infectious diseases in developing countries,” Adv Drug Deliv. Rev, vol. 62, pp. 449–457, 2011.
[24] D. Kirby, M. Glynn, G. Kijanka, and J. Ducr??e, “Rapid and cost-efficient enumeration of rare cancer cells from whole blood by low-loss centrifugo- magnetophoretic purification under stopped-flow conditions,” Cytometry A, vol. 87,
no. 1, pp. 74–80, 2015.
[25] N. Q. Dich, T. X. Dinh, P. H. Pham, and V. T. Dau, “Study of valveless electromagnetic micropump by volume-of-fluid and OpenFOAM,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 057201, no. 5, p. 057201, May 2015.
[26] T. X. Dinh, N. T. M. Le, V. T. Dau, and Y. Ogami, “A dynamic model for studying valveless electromagnetic micropumps,” J. Micromechanics Microengineering, vol. 21, no. 2, p. 025015, Feb. 2011.
[27] Q. L. Do, T. T. Bui, T. T. H. Tran, K. Kikuchi, M. Aoyagi, and T. C. Duc, “Differential capacitively coupled contactless conductivity detection (DC4D) sensor for detection of object in microfluidic channel,” in 2015 IEEE SENSORS, 2015, pp.
1–4.
[28] T. T. H. Tran, N. V. Nguyen, N. C. Nguyen, T. T. Bui, and T. C. Duc, “Biological microparticles detection based on differential capacitive sensing and
47
dielectrophoresis manipulation,” 2016 Int. Conf. Adv. Technol. Commun. ATC, pp.
297–301, 2016.
[29] H. T. T. Thuy et al., “Coplanar differential capacitively coupled contactless
conductivity detection (CD-C4D) sensor for micro object inside fluidic flow recognization,” in 2017 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS), 2017, pp. 1124–1127.
[30] Rapid Manufacturing - The Technologies and Applications of Rapid | Duc Pham | Springer. .
[31] N. Bhattacharjee, A. Urrios, S. Kang, and A. Folch, “The upcoming 3D- printing revolution in microfluidics,” Lab Chip, vol. 16, no. 10, pp. 1720–1742, 2016.
Tài liệu tham khảo tiếng Việt
1. Nguyen Ngoc Viet, “Fluidic channel detection system using a differential C4D structure,” Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2015.